[发明专利]一种离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台

说明书

技术领域

本发明提供一种离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台，属于泵试验装置相关领域。

背景技术

粗颗粒泵送系统广泛应用于城市污水处理、深海采矿、泥沙清淤和水力采煤等领域。由于粗颗粒物理特性与流体的差别较大，使得粗颗粒泵送系统中两相流泵普遍存在效率低、磨损严重及易堵塞等问题，严重影响到了泵送系统的运行可靠性。当前有关粗颗粒固液两相流泵研究还相当缺乏。因此，为了能给粗颗粒两相流泵的设计提供理论依据，急需开展泵内粗颗粒固液两相流动规律的可视化研究。

经检索，与本发明相关的专利有“一种用于固液两相流输送试验大颗粒加入方法及装置(公开号：102381564A)”。该发明专利通过在储液罐里加装颗粒漏斗和颗粒注入管路实现颗粒浓度的控制及颗粒的注入和回收；但该颗粒漏斗装在储液罐内给颗粒的注入及回收带来不便，当颗粒密度小于水的密度时颗粒物极易漂浮到储液罐内使得颗粒的浓度变得不准确，并且两相混合物回收管路与漏斗直连易在漏斗内形成“射流与卷吸”效应，将气泡带入管路中来，从而极大地影响两相流泵内颗粒运动规律的可视化拍摄。

相关的文献有农业机械学报《离心泵内固液两相流动的图像测量》(2006年第12期)。该文基于高速摄影技术对离心泵叶轮内的固液两相流动进行了图像测量，获得了不同密度颗粒的运动轨迹及其分布规律；但该方法只获取了单个流道内颗粒的二维运动规律，且试验用的颗粒粒径普遍较小；另外，试验中采用加稳流板来控制颗粒在水箱中的均匀性，这不仅增加了试验的成本，而且也使得操作更为复杂，同时也不能保证颗粒在同等条件下流入泵叶轮内，最终使得试验结果具有较大的随机性。

发明内容

本发明的目的是提供一种离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台。传统的两相流试验台试验无法实现颗粒运动规律的科学比较，同时颗粒的加入、回收和浓度的调节也比较繁琐，且成本也较高。本发明通过在管路中加装三通管和漏斗、在叶轮进口安装颗粒定向滤网的方法来建立离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台，不仅能够方便地加入和回收颗粒，快捷地调节浓度，而且能保证在进口条件基本一致的情况下比较颗粒运动规律，测试结果更有指导性。

本发明的具体方案如下：

一种离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台由固液两相流循环回路、供水回路和三维高速摄影拍摄系统组成。

所述固液两相流循环回路由两相流离心泵、电磁流量计、出口闸阀、三通管Ⅰ、三通管Ⅱ、漏斗、三通管Ⅲ组成。

所述供水回路由储水箱和进口闸阀组成。

两相流离心泵的出口管路上依次设有电磁流量计、出口闸阀，出口闸阀和三通管Ⅰ的第一端口通过管路连接，三通管Ⅰ的第二端口通过管路与储水箱连接，储水箱的底部通过管路连接有进口闸阀，进口闸阀通过管路与三通管Ⅱ的第一端口连接，三通管Ⅱ的第二端口通过管路与两相流离心泵的进口连接；三通管Ⅰ的第三端口通过管路与三通管Ⅲ的第一端口连接，三通管Ⅲ的第二端口和第三端口置于漏斗中，漏斗的下端通过管路与三通管Ⅱ的第三端口连接。

所述试验台还包括出口压力变送器和进口压力变送器，所述出口压力变送器通过测压管连接在两相流离心泵出口和电磁流量计之间的管路上；所述进口压力变送器通过测压管接在两相流离心泵进口和三通管Ⅱ之间的管路上。

所述试验台还包括滤网，滤网装在所述三通管Ⅰ的第二端口处；

所述试验台还包括颗粒定向滤网，颗粒定向滤网通过扣环固定在两相流离心泵叶轮进口处，可实现颗粒在泵进口处的定向导入；

所述三维高速摄影拍摄系统由计算机控制系统、LED灯Ⅰ、高速摄像机Ⅰ、LED灯Ⅱ和高速摄像机Ⅱ组成；LED灯Ⅰ和LED灯Ⅱ以一定的角度错开放置给两相流离心泵打光，高速摄像机Ⅰ和高速摄像机Ⅱ连接到计算机控制系统用来捕获两相流离心泵内颗粒运动信息。

本发明所述的一种离心泵内粗颗粒固液两相流高速摄影拍摄试验台，在漏斗中添加颗粒，待管路中颗粒稳定后，试验台中固液两相流在三通管Ⅰ处分流，这其中少部分固液两相流中清水经滤网流到储水箱中，大部分固液两相流经三通管Ⅲ流入漏斗至三通管Ⅱ，并在三通管Ⅱ与来自储水箱的清水混合；混合后的固液两相流中颗粒在叶轮进口经颗粒定向滤网流入泵中，最后两相流离心泵把固液两相流输送至三通管Ⅰ，从而实现固液两相流的循环。固液两相流输送过程中，通过高速摄影拍摄系统中计算机控制系统控制高速摄像机Ⅰ和高速摄像机Ⅱ同步拍摄获得两相流离心泵内颗粒运动状态。